WO2014117280A1 - Pulver zur beschleunigung von geschossen für mörsersysteme - Google Patents

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WO2014117280A1
WO2014117280A1 PCT/CH2013/000017 CH2013000017W WO2014117280A1 WO 2014117280 A1 WO2014117280 A1 WO 2014117280A1 CH 2013000017 W CH2013000017 W CH 2013000017W WO 2014117280 A1 WO2014117280 A1 WO 2014117280A1
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powder
inert
additive
weight
present
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PCT/CH2013/000017
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Ulrich Schädeli
Dominik Antenen
Beat Vogelsanger
Vincent GFELLER
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Nitrochemie Wimmis Ag
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    • C06B45/12—Compositions or products which are defined by structure or arrangement of component of product having contiguous layers or zones

Definitions

  • the invention relates to a powder as drive powder or primer for accelerating mortar mortar systems, which is based on nitrocellulose and contains a crystalline nitrite-based energy carrier in 1-3% by weight and an inorganic misfire damper, the powder being in the form of granules and the grains optionally have on their surface an inert p-type additive. Furthermore, the invention relates to a method for the production of such a powder. State of the art
  • Nitrochemie had recognized the signs of the times and started the development of a new generation of nitroglycerin-free high-performance powders, which showed no change in ballistic and chemical stability, even during prolonged use in hot climates. H. their use and storage in hot climates posed absolutely no security risk.
  • This new generation of powders was initially developed specifically for high-performance applications in mid-barrel guns, such as low-caliber APFSDS T or full-bore Airburst ammunition.
  • Such weapon systems are typically equipped with relatively long gun barrels, with relatively high peak gas pressures of typically 3 ⁇ -5000 bar occurring during firing.
  • the object of the invention is to provide a Puiver belonging to the technical field mentioned above as a drive powder or ignition powder for accelerating projectiles for Mörsersysterne, which has excellent chemical and ballistic stability and can thereby implement high power output.
  • the solution of the problem is defined by the Merkmaie of claim 1.
  • a powder is provided as a driving spinner or primer for accelerating projectiles for mortar systems based on nitrocellulose.
  • the powder contains a nitrate-based crystalline energy source in 1-30 wt.% And an inorganic misfire damper in 0.1-10 wt.%.
  • the powder is lying. In the form of grains in front.
  • the grains may have on their surface an inert plasticizing additive. This additive is not more than 1 wt .-%, d, h. in a range of 0-1 wt%, above.
  • the grains preferably have on their surface an inert plasticizing additive in 0.01-1% by weight. It is surprising that by using relatively small amounts of an inert plasticizing additive on the surface of the powder, the dependence of the pressure with increasing temperatures can be reduced. In fact, it is known from the drive powder for middle-caliber applications that it is possible to make the dripping process flatter with larger amounts of an inert plasticizing additive. With less than 2 wt .-% are hardly effects to achieve. It has been shown, however, that this relationship does not apply to the driving force for mortar applications. In the case of the drives according to the invention for mortar systems, a relatively flat amount of an inert plasticizing additive achieves a flat pressure gradient.
  • the pressure curve is gradually steeper, and with an addition of significantly more than 1 wt .-%, the pressure increases significantly with increasing temperature.
  • the increase in the muzzle velocity with increasing temperature is also relatively low, so that the drive as a whole is characterized by a largely neutral temperature characteristic.
  • no inert plasticizing additive is necessary.
  • the powder according to the invention has a high degree of energy conversion at a low pressure ratio, which leads to a high internal ballistic performance.
  • mortar systems are generally understood systems that have a relatively short tube and are fired at relatively steep angles.
  • the most important are the heavy mortars in the caliber 60 - 120 mm.
  • Particularly in the focus of the invention are the mortars and the corresponding drives for systems of Kaiiber 60 mm, 81 mm and 120 mm.
  • the powders according to the invention can also be used as ignition powders for mortar applications.
  • An ignition powder is accommodated in the shank of a mortar shell and is required to reinforce the momentum of the pyrotechnic initiation and to transfer it to the drive powder in the surrounding ⁇ Horse Shoes).
  • the composition of a priming powder is identical to the composition of a driving powder. However, they can differ in the dimension and in the comgeometry,
  • Both the drive powder and the ignition powder are extrudable bulk powders which can be prepared in the solution-center process and contain nitrocellulose as the main component.
  • Nitrocellulose has been the most important raw material for the production of monobasic and tri-aspirated cellulosic fungi for over one hundred years. It is obtained by nitration of cellulose (Baumwoii linters, pulp), is available in large quantities at low cost and is available with a wide range of different types chemical-physical properties offered. Nitrocellulose varies z. B, in terms of nitrogen content, molecular weight or viscosity and can be processed due to these differences from the various homogeneous types of propellant charge powder. The energy content of nitrocellulose is adjusted via the nitrogen content. In monobasic formulations, nitrocellulose is the sole energy carrier, which means that the energy density of nitrocellulose is relatively high compared to other synthetic binder polymers.
  • the present powders are based on nitrocellulose. This preferably has an average nitrogen content of 12.6-13.25%.
  • the other key components contained in the grain matrix are a crystalline energy source and an inorganic muzzle-fire damper.
  • the crystalline energy carrier increases the energy content of the powder and is used in a concentration in the range of 1 to 30% by weight. With these proportions in a base of nitrocellulose, it is achieved that the average distances between the individual crystals of the crystalline energy carrier are sufficiently large so that the individual crystals do not predominantly touch each other. This ensures that, when external mechanical stimuli are applied, the Scbock impulse can not be passed on from one explosive crystal to the adjacent crystals. Thus, a primarily acting shock pulse is not multiplied and transmitted over the entire amount of powder. In contrast, at higher Gewiehisan turnover of crystalline energy carrier, the individual crystals are statistically too close to each other, whereby the vulnerability of the powder increases sharply.
  • the inorganic muzzle fire damper is used in a concentration in the range of 0.1 to 10 wt .-%.
  • the addition of an inorganic flashback suppresses the reaction of unburned gases such as hydrogen or carbon monoxide in the area of the gun muzzle, so that they ignite or only to a lesser extent.
  • the muzzle flash is reduced, which on the one hand reduces the Biend Angel of the fire for the shooter and also makes it difficult to locate the shooter.
  • the crystalline energy carrier based on nitramine is preferably at least one compound from the group comprising hexogen (RDX) and octogen (HX).
  • RDX is used as a crystalline energy source. It is cheaper and safer to manufacture compared to HMX. H X is more expensive than RDX, but offers no special advantages. Other nitramine compounds (such as z., 8. NIGU, etc.) have relatively little power compared to RDX. To stabilize known agents such. B, Akardit II can be used
  • the crystalline nitramine compound particularly preferably has a defined average particle size. So z. B. RDX preferably used with a mean particle size of 4 - 8 microns, especially 6 microns.
  • the homogeneous particle size of the crystalline energy carrier makes it possible to produce powders which have relatively constant chemical and ballistic properties.
  • nitrate esters are crazy! Compared to nitramine compounds less chemically stable.
  • hexanitro isovurtzitane (CL-20, CAS ⁇ # 14 13-74-7), nitroguanidine (NIGU, NQ, CAS # 70-25-7, N- WSetyinitramine (tetryl, N-methyl-N3-a-tetranitrobenzenamine, CAS # 479-45-8) and nitrotriazoione (NTO, CAS # 932-64-9) and triaminotrinitrobenzene (TATB, CAS # 3058-38-6).
  • NIGU nitroguanidine
  • NTO nitrotriazoione
  • TATB triaminotrinitrobenzene
  • the proportion of the crystalline energy carrier is particularly preferably 5-25% by weight.
  • the crystalline energy carriers in proportions of 10 - have 20 wt .-%.
  • the individual crystals of the energy carrier are spaced apart such that the Vulnerability of the powder at a very low level.
  • the use of an inert plasticizing additive may somewhat mitigate the vulnerability of the powder at relatively high weight fractions of the crystalline amine compound. It is thus readily possible to use high levels of the crystalline nitramine compound.
  • DX In addition to its property as a crystalline energy source DX also has certain stabilizing properties, which are already from about 1 wt.%% To bear and increase with increasing proportion only slightly.
  • the inorganic mündungs85dämpfer is preferably at least one compound from the group of Alkalisaize such.
  • B. alium nitrate and aiiumsuifat In addition to the reduction of muzzle fire, these compounds can also accelerate the burning and thereby reduce the formation of residues, which further increases the degree of energy conversion.
  • the inorganic misfire fire retardant is present in a proportion of 0.1-5% by weight.
  • the inert plasticizing additive which may be on the surface of the powder grain, is in particular at least one compound from the group comprising camphor, Diaikylphthaiate [preferably Dh ⁇ C8-C12) phthalates or hydrogenated derivatives thereof) and Dialkyldiphenyiharnscher (preferred Dimethyidiphenyiurea, known by the common name Centralit Ii).
  • the inert piastifying additive can also be applied as a combination of several single compounds.
  • the most preferred compound which is optionally applied to the surface of the powder grain is camphor.
  • the surface of the Puiverkorns is preferably treated with graphite and ethanol.
  • the extruded powder grains are preferably subjected to a surface treatment with ethanol and graphite.
  • the surface is plasticized with an inert Treated additive.
  • the inert plasticizing additive penetrates into the near-surface areas of the Puiverkorns and remains there, ie it is localized and not distributed in the grain matrix, the inert plasticizing additive has a penetration depth of a few 100 micrometers, z. ß. at most 4 microns, preferably 100-300 microns. This means that at least 95% by weight of the inert plasticizing additive up to this depth is contained.
  • the applied graphite preferably remains on the surface of the Puiverkorns.
  • the surface treatment, d, h, by the application of ethanol and graphite, and optionally the inert plasticizing additive on the surface of the extruded Puiverkorns the properties of Puiverkorns are positively influenced.
  • a temperature-neutral behavior and bulk density ie, how much powder can be accommodated in a given container volume
  • the pressure level ie the ratio of peak gas pressure to muzzle velocity
  • the grain matrix contains no more inert compounds than necessary, and thereby can have the largest possible amount of energetic compounds.
  • the inert plasticizing additive at the surface of the grain is not more than 0.1 wt%, d, h, 0-0.1 wt%, more preferably 0.01-0.1 wt%. ⁇ % before.
  • the change in the muzzle velocity and also the pressure increase during the transition to high temperatures is relatively small.
  • significantly larger amounts of the inert plasticizing additive the possibility of achieving a temperature-neutral behavior decreases.
  • the grains for the drive have a circular cylindrical geometry with longitudinal channels in the axial direction.
  • the number of channels is arbitrary, often has a grain a channel, 7 or 1 9 channels on.
  • a propellant charge powder also called hole powder, is consequently pourable or free-flowing, and can thus be bottled industrially in pods.
  • the length of the circular cylinder is z, B. in the range of 0.3 - 10 mm and the diameter in the range of ⁇ .3 - 10 mm.
  • the invention is designed as a multi-hole powder, then a geometry with a small pitch circle and thus a greater outer wall thickness is preferred.
  • six longitudinal channels in a 7-hole pump with a total average of approximately 3.6 mm have a pitch circle with a diameter of approximately 2.1 mm.
  • the individual longitudinal channels of a ⁇ ntriebspulvers on a hole diameter of 0.1 - 0.5 mm are typically smaller than in the application for the drive. In addition, they often have a circular cylindrical geometry with a central L Lucasskanai. You have z. B an outer diameter of 1 .3-1, 7 mm, a length of 1 .5-2.0 mm, an average wall thickness of G.ö8.8 mm and a hole diameter of about ⁇ .1 ⁇ mm.
  • the material for the powders may be in the form of strips or extruded directly into a particular form suitable for guns. In this form it is particularly suitable for large-scale ammunition.
  • the thickness is at z. B. 1-2 mm, the width at z. B. 10 mm or more and the length at z. B "1 Gö - 150 mm.)
  • shape bodies ie high-altitude forms for an ammunition, in which the hüise fehit or is replaced by the hinfer of the ignition arranged "shaped body”,
  • the grain matrix may optionally contain other additives known per se.
  • additives known per se.
  • sodium bicarbonate C ⁇ S ⁇ #: 144-55-8
  • calcium carbonate CAS #: 471-34-1
  • agnesia CA $ - #: 1 309-48-4
  • acardite CAS
  • Centraiit I CAS * 90-93-7
  • Centraiit II CAS #: 6 1 1-92-7
  • 2-niirodiphenyiamine CAS #: 836-30- 6
  • diphenylamine CAS #: 1 22-39-4.
  • Additives such as lime, anganoxide, magnesia (CAS #: 1 303-48-4), fumediamine dioxide (CAS #: 1313-27-5), magnesium silicate (GAS #: 14807-96-6), calcium carbonate (CAS - *: 471-34-1), titanium dioxide (CAS #: 1 3463-67-7), olframtrioxid (CAS #: 1314-35-8) are used to protect the pipe, compounds such as phthalic acid esters, Ciironen yarnreester or adipic acid are übiiohe plasticizer .
  • the green grain aiso the still untreated powder per se, in the matrix, other known additives, eg. As to improve the ⁇ nzünd s and modulating the ⁇ bbrandverhaitens included.
  • a process for producing a powder according to the invention is characterized in that a solvent-based powder dough based on nitroceilulose and a crystalline energy carrier based on nitramine is produced in 1-30% by weight and an inorganic muzzle-fire damper. Subsequently, a Grunkorn is produced by extruding a powder from the solvent-containing powder dough. From this green grain, the solvent is removed and the green grain is optionally surface treated with an inert plasticizing additive. Finally, the optionally finished green grain is dried.
  • a powder according to the invention whose binder consists predominantly of nitro-cellulose, and which additionally contains a crystalline energy carrier based on nitramine and an inorganic muzzle-fire damper, can be produced on existing production equipment.
  • the solid formulation components may, for. B, be mixed with a solvent mixture.
  • the resulting solvent-moist kneading dough can be used in a kneader kneaded and then extruded in a press to the desired geometry, the extruded strands can be pre-dried and cut to the desired grain length.
  • the grain can then optionally be surface-treated with an inert plasticizing additive and / or subjected to finishing.
  • the green grain is surface-treated with ethanol and graphite, i. H. graphitized.
  • the graphitization can be carried out as a single process step.
  • the solvent is removed from the green com via a wet air process.
  • the green coma obtained by extrusion contains an inorganic misfire damper in the ornmatrix.
  • the greenscom for removing the solvent from the grain matrix should not be subjected to a bathing process, otherwise the water-soluble inorganic muzzle fire damper would be washed out of the grain matrix.
  • the solvent used in the manufacturing process is therefore removed by the wet air method.
  • the agent-rich green grain is flowed through at high flow rates of several hundred m 3 per hour for 10 to 60 hours with an air stream at temperatures between 20 and 70 ° C., which is saturated with water vapor.
  • the proportion of the solvent is reduced to ⁇ 1% while the water-soluble misfire damper is not removed from the grain matrix, but remains there.
  • finishing takes place after drying of the surface-treated grain. This is understood to mean, in particular, the careful drying and sieving of the surface-treated grain. From the following detailed description and the totality of the claims, further advantageous embodiments and Merkmaiskombinationen of the invention.
  • various additives are added to the powder dough based on nitrocellulose, i. H. the additives are distributed in the matrix.
  • the total amount of these additives except the crystalline nitramine compound is 0-10% by weight to nitrocellulose, preferably 2-7% by weight.
  • the total amount of the crystalline nitramine compound, which is typically RDX, is 0-30 % By weight of the amount of nitrocellulose, preferably at 0-20% by weight.
  • the crystalline nitramine compound may need to be pretreated to improve the attachment to the matrix before it is added to the powder dough.
  • the green grain After kneading the powdered dough with solvents, the green grain is extruded through a die. Subsequently, the water and the solvent are removed, preferably by means of wet air drying, the green grain is subjected to a surface treatment in which z. B, optionally an inert plasticizing additive and preferably other additives such as, for example, graphite are applied in the presence of ethanol (impregnation + coating).
  • an inert plasticizing additive and preferably other additives such as, for example, graphite are applied in the presence of ethanol (impregnation + coating).
  • Bess sd 1 - ⁇ sitriabs uiver 1 (FSV! 4651/21)
  • FSV! 4651/21 For the production of 520 kg of a 7-hole Puiver, 20% by weight RDX, 1.2% by weight Akardit II and 3.2% by weight potassium nitrate and Nitrocellulose with a Stickstoffgehait of 13.20 wt .-% (supplement to 100 wt -%) with the addition of diethyl ether and ethanol for 70 min processed to a K ⁇ lungsrnitteifeuchten kneading dough, Ansehliessen the powder dough is pressed through a die with 7-hole geometry and 5.2 mm strand cross-section (ie extruded).
  • the extruded strands are briefly pre-dried in the air, cut to the desired length, and the resulting green grain on a fine mesh sieve gieichmässig interpreted.
  • the green grain is then left for 30 hours with a water saturated air flow of 200 m ; t / n and a temperature of 30 ° G and then flows through for 30 hours with an air flow 400 m 3 / h and a temperature of 65 ° C (moist air drying).
  • To 60 kg of heated to 60 ° C green grain are then added in a heated to 55 ° C Poiiertrommei copper 0.05 wt -% graphite and 1, 2 liters of ethanol added, then leaving it for 1 hour unier constantly turning act.
  • the powder is spread on sheets and dried at 60 ° C for 24 hours.
  • the resulting Arsprayspuiver 1 with the designation FM 4651/2 1 has the following physical properties: 3.63 mm Outer Diameter, 3.6 mm length, 0.76 mm average wall thickness and 0.20 mm hole diameter, 4251 j / gificatinhait and 1048 g / i bulk density.
  • Chemical stability: deflagration temperature - 172 ° C, heat flow aero- metry according to ST ⁇ NAG 4582 44 j / g resp. 30.4 ⁇ (rement according to standard STANAG 4582: maximum heat generation ⁇ 1 14 ⁇ .
  • a powder dough according to Example 1 is pressed through a die having a 7-hole geometry and a 4.8 mm strand cross-section (ie exiruded).
  • the extruded strands are briefly pre-dried in air, cut to the desired length, and the resulting green grain is subjected to wet air drying (as described in Ex. 1).
  • 60 kg of the green grain are preheated to 60 ° C and transferred to a heated to 55 ° C Poiiertrommei copper.
  • the green grain is mixed with 0.05% graphite and a solution of 1 wt .-% camphor in 1 .2 kg Ethanoi and constantly rotated for 1 hour.
  • the powder is spread on sheets and dried at 60 ° C for 24 hours.
  • the resulting drive powder 2 with the designation FM 4650/22 has the following physical properties: 3.42 mm outside diameter, 3.45 mm length, 0.71 mm mean wall thickness and 0.19 mm hole diameter, 41.sup.22 j / g heat content and 1002 g / l bulk density.
  • Chemical stability: deflagration temperature 172 ° C, heat flow cascade according to STANAG 4582 » 47 j / g resp. 30.9 ⁇ (rement according to standard ST ⁇ NAG 4582: maximum heat generation ⁇ 1 14 ⁇ ⁇ ).
  • a powder dough according to Example 1 is extruded through a die with 7 ⁇ Loehgeometrie and 5, 1 mrn strand cross-section.
  • the extruded strands are briefly pre-dried in air, cut to the desired length, and subjected to the Grünkom a Moisture-moisture drying (as described in Example 1), then 120 kg of the green grain are preheated to 60 ° C and in one to 55 ° C heated Poiiertromrnel transferred from copper.
  • the green grain is mixed with 0.05% graphite and a solution of 0, 1 wt .-% camphor in 2.4 kg of ethanol and constantly rotated for 1 hour. Finally, the powder is spread on sheets and dried at 60 ° C for 24 hours.
  • the resulting drive powder 3 with the designation FM 4714 has the following physical properties: 3.58 mm outside diameter, 3.59 mm length, 0.75 mm average wall thickness and 0.20 mm hole diameter, 4269 j / g heat content and 1026 g / l bulk density, Chemical stability: deflagration temperature V / 2 "C. Heat flow calorimetry according to STANAG 4582 » 50 j / g or 32.6 ⁇ W (rement according to standard STA NAG 4582: maximum heat generation ⁇ 1 14 ⁇ ⁇ ),
  • a powder dough according to Example 1 is pressed through a die with 1-hole geometry and 2.1 mm strand cross-section (d, h, extruded).
  • the extruded strands are briefly pre-dried in air to the desired length and subjected to the resulting green grain of a wet air drying (as described in Ex. 1).
  • 20 kg of the green grain are preheated to 60 ° G and in a heated to 55 ° C Poiiertrommel transferred from copper.
  • 0.3% by weight of graphite and 0.3 kg of ethanol are added to the green grain, after which they are allowed to act for one hour while being rotated continuously.
  • the resulting priming powder 1 with the designation FM 4483/21 has the following physical properties: 1.47 mm outside diameter, 1.75 mm length, 0.69 mm average wall thickness and 0, 0 mm hole diameter, 4393 J / g heat content and 1001 g / i bulk density, Chemical stability: low temperature * 172 ° C.
  • a powder dough according to Example 1 is pressed through a die with 1-hole geometry and 2. 1 mm Sirang cross section (ie extruded).
  • the exuded strands are briefly pre-dried in air, cut to the desired length, and subjected to wet-air drying the green grain (as described in Ex. 1).
  • 20 kg of the green grain are preheated to 60 ° C and transferred to a polished at 55 ° C Poliertrommei copper.
  • the green grain is mixed with 0.3% by weight of graphite, 0.5% by weight of camphor and 0, 1 5 kg of ethanol, then allowed to act under constant rotation for 1 hour.
  • the powder is spread on sheets and dried at 60 ° C for 24 hours.
  • the resulting priming powder 2 with the designation FM 4483/22 has the following physical properties: 1.47 mm outer diameter, 1.75 mm length, 0.69 mm average wall thickness and 0.10 mm hole diameter, 4343 j / g heat content and 995 g / i bulk density , Chemical stability: Deflagration temperature » 1 72 C G. Flux flow calorimetry according to STANAG 4582 - 52 j / g resp. 32.4 ⁇ [Requirement according to standard STANAG 4582: maximum heat generation ⁇ 1 14 ⁇ ⁇ ).
  • the bullet mass of the used inert mortar shell was 14.0 kg.
  • the speed measurement was carried out by Doppler radar, the detection of the peak gas pressure was piezoeiektronisoh in the region of the mouth.
  • the experiment was carried out with charge 4, ie using four standard VI234 increments.
  • the nitrocelluideal powders according to the invention are suitable as propulsion powders or priming powders which contain a crystalline energy carrier based on nitramine and an inorganic misfire steamer and have small amounts of an inert piastifying additive on the surface for accelerating projectiles for mortar systems show a temperature-independent behavior and thus can be used regardless of climatic conditions.

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Abstract

Pulver als Antriebspulver oder Anzündpulver zur Beschleunigung von Geschossen für Mörsersysteme basiert auf Nitrocellulose und enthält einen kristallinen Energieträger auf Nitramin-Basis in 1-30 Gew,-% und einen anorganischen Mündungsfeuerdämpfer in 0.1-10 Gew.-%. Das Pulver liegt in Form von Körnern vor, und die Körner weisen an ihrer Oberfläche optional einen inerten plastifizierenden Zusatzstoff in nicht mehr als 1 Gew.-% auf, Der kristalline Energieträger auf Nitramin-Basis ist bevorzugt mindestens eine Verbindung aus der Gruppe umfassend Hexogen (RDX) und Oktogen (HMX). Bei dem anorganischen Mündungsfeuerdämpfer handelt es sich bevorzugt um mindestens eine Verbindung aus der Gruppe umfassend Kaliumnitrat und Kaiiumsuifat

Description

Pu ?er mt Beschleunigung von Geschossen für örsersysteme
Die Erfindung betrifft ein Pulver aSs Antriebspulver oder Anzündpuiver zur Beschleunigung von Geschossen für Mörsersysteme, welches auf Nitrocellulose basiert und einen kristaiiinen Energieträger auf Nitramirs-Basis in 1-3Ö Gew,-% und einen anorganischen Mündungsfeuerdämpfer enthält, wobei das Pulver in Forrn von Körnern vorliegt, und die Kömer an ihrer Oberfläche optional einen inerten pSastifizierenden Zusatzstoff aufweisen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Hersteilung eines solchen Pulvers. Stand der Technik
Innerhalb der letzten jähre hat auf dem Gebiet der grosskalibrigen Rohrwaffen eine deutliche Verschiebung stattgefunden, So bildeten bis zum Ende des kalten Krieges grosskaiibrige Panzer- und Artiüeriesysteme das Rückgrat von landgestützten Verbänden. Diese Systeme waren auf die Verteidigung des eigenen Territoriums optimiert und wiesen wegen ihres grossen Gewichts nur eine begrenzte Mobilität auf. Insbesondere waren derartige Waffensysteme nicht luftverladbar, was eine rasche territoriale Verschiebung stark erschwerte.
Der Ausbruch des 1. Irak-Konflikts zu Beginn der Neunzigerjahre hat jedoch eine deutliche Abkehr von den bisher gängigen Einsatzszenarien eingeläutet. Grosskaiibrige Rohrwaffen mussten innerhalb kurzer Zeit über weite Strecken zum Einsatzort transportiert werden. Der 1. Irak-Krieg markierte somit die Wiederentdeckung von Mörsersystemen. Wegen ihres relativ geringen Gewichts sind derartige grosskaiibrige Rohwaffen problemlos in grosser Stückzahl luftverladbar und somit im Konfliktfall rasch einsetzbar. Zudem konnten Dank des Aufkommens leistungsfähiger Elektronik wie etwa Satellit-Navigation oder Zielführung die Präzision massiv verbessert werden.
Die jüngere Vergangenheit hat nun gezeigt» dass dieser obilitätstrend von Streitkräften rund um den Globus mitgetragen wird, Dank dem grossen Interesse an Mörsersystemen stieg die Nachfrage und damit gekoppelt auch der Wunsch nach Leistungssteigerung. So weisen die neuen Mörsergranaten mit elektronischer Zielführung und Möglichkeit zur präzisen Punktdetonation ein höheres Gewicht auf als die bisherigen Standardgranaten, Hieraus leitete sich der Bedarf nach einem leistungsgesteigerten Antrieb ab, weicher den Effekt des höheren Gewichts auf die Reichweite kompensiert oder die Reichweite sogar noch erhöhen kann, Zudem hat sich gezeigt, dass in den letzten zwanzig jähren militärische Konflikte primär in heissen Klimazonen lokalisiert waren, z, B. im Irak oder in Afghanistan. Die bis dahin verwendeten Antriebe enthielten verbreitet Nitroglyzerin zur Erreichung eines hohen Leistungspotenziais und waren nicht auf die hohe thermische Belastung ausgelegt. Es wurde festgestellt, dass sich wichtige innenballistische Daten wie Mündungsge- sch vindigkeii und Spitzengasdruck in Folge von monatelangem Einsatz und Lagerung in heissen Klimazonen verändern. Die geringere Mündungsgeschwindigkeit führt zu einer Reduktion der Reichweite und vermindert somit die Trefferwahrscheinlichkeit. Dagegen nimmt der Gasdruck um bis zu 50% zu, was ein grosses Sicherheitsrisiko bei der Schussabgabe darstellt. Die starke klimatische Wärmeeinwirkung setzt zudem der ehemischen Stabilität eines Antriebs stark zu, indem u. a. der Stabilisator rascher aufgebraucht wird. Insgesamt steilen konventionelle nitroglyzermhaltige Pulver somit bei der Lagerung in heissen Bunkern oder unter in unitionskisten unter direkter Sonneneinstrahlung ein Sicherheitsrisiko dar, indem sie spontan in die Autokatalyse übergehen können und durch die Explosion umgebendes Personal verletzen und Gebäude zerstören können.
Die Firma Nitrochemie hatte schon vor einiger Zeit die Zeichen der Zeit erkannt und mit der Entwicklung einer neuen Generation von nitroglyzerinfreien Hochieistungspulvern begonnen, welche auch bei langen Einsätzen in heissen Klimazonen keine Veränderung der ballistischen und chemischen Stabilität zeigten, d. h. deren Verwendung und Lagerung in heissen Klimazonen absolut kein Sicherheitsrisiko darstellte. Diese neue Pulvergeneration wurde zuerst speziell für Hochieistungsanwendungen in mittelkaiibrigen Rohrwaffen entwickelt, wie etwas unterkalibrige APFSDS T- oder voilkalibrige Airburst-Munition. Derartige Waffensysteme sind typischerweise mit relativ langen Waffenläufen ausgestattet, wobei bei der Schussabgabe relativ hohe Spitzengasdrücke von typischerweise 3ÖÖÖ-5000 bar auftreten.
Im Gegensatz dazu sind die Rohrläufe bei Mörsersystemen deutlich kürzer und die bei der Schussabgabe resultierenden Spitzengasdrücke tiefer, d, h. bei maximaler Ladung um 1000 bar und bei tieferen Ladungen entsprechend tiefer. Dies bedeutet, dass sich das Pulver auch bei wenigen 100 bar Gasdruck noch ausreichend umsetzen muss. Dieses Kriterium konnte mit den ursprünglichen nitroglyzerinfreien Hochleistungsrezepturen nicht erreicht werden. Es bestand daher das Bedürfnis nach einem neuen Ansatz für eine adäquate Anfriebstechnoiogie, weiche auf die speziellen Verhältnisse von Mörsersystemen mit tiefen Spitzengasdrücken und kurzen Waffenrohren ausgelegt ist. Von einem derartigen neuen Antrieb wird ebenfalls eine ausgezeichnete chemische und ballistische Stabilität gefordert, wobei der Antrieb gleichzeitig die Eigenschaft aufweisen muss, sich in Mörsersystemen unter hoher Leistungsausbeute umzusetzen.
DarsteHurag der Erfindung Aufgabe der Erfindung ist es, ein dem eingangs genannten technischen Gebiet zugehörendes Puiver als Antriebspulver oder Anzündpulver zur Beschleunigung von Geschossen für Mörsersysterne zu schaffen, welches eine ausgezeichnete chemische und ballistische Stabilität aufweist und sich dabei unter hoher Leistungsausbeute umsetzen kann. Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmaie des Anspruchs 1 definiert. Gemäss der Erfindung wird ein Puiver als Äntriebspuiver oder AnzündpuSver zur Beschleunigung von Geschossen für Mörsersysteme bereitgestellt, weiches auf Nitrocellulose basiert. Das Pulver enthält einen kristallinen Energieträger auf Nitramin-Basis in 1-30 Gew.~ und einen anorganischen Mündungsfeuerdämpfer in 0.1-10 Gew.-%. Das Pulver liegt. In Form von Körnern vor. Die Körner können an ihrer Oberfläche einen inerten plastifizierenden Zusatzstoff aufweisen. Dieser Zusatzstoff liegt in nicht mehr als 1 Gew.-%, d, h. in einem Bereich von 0-1 Gew.-%, vor.
Bevorzugt weisen die Körner an ihrer Oberfläche einen inerten plastifizierenden Zusatzstoff in 0,01-1 Gew.-% auf. Es ist überraschend, dass durch die Verwendung von relativ kleinen Mengen eines inerten plastifizierenden Zusatzstoffs an der Oberfläche des Pulvers die Abhängigkeit des Drucks bei steigenden Temperaturen gemindert werden kann. Von den Antriebspulvem für Ivlittelkaliber-Anwendungen ist nämlich bekannt, dass man mit grösseren Mengen eines inerten plastifizierenden Zusatzstoffs den Druekveriauf flacher einsteilen kann. Mit weniger als 2 Gew.-% sind dabei kaum Effekte zu erzielen. Es hat sich jedoch gezeigt, dass dieser Zusammenhang nicht für Äntriebspuiver für Mörser-Anwendungen gilt. Bei den erfindungsgemässen Antrieben für Mörsersysteme wird mit relativ kleinen Mengen eines inerten plastifizierenden Zusatzstoffes ein flacher Druckveriauf erreicht. Bei einer Erhöhung der Konzentration wird der Druckverlauf aiimählich steiler, und bei einer Zugabe von deutlich mehr ais 1 Gew.~% steigt der Druck mit steigender Temperatur signifikant an. im bevorzugten Bereich von nicht mehr als 1 Gew,-% des inerten plastifizierenden Zusatzstoffes ist auch der Anstieg der Mündungsgeschwindigkeit mit steigender Temperatur reiativ gering, so dass sich der Antrieb insgesamt durch eine weitgehend neutrale Temperaturcharakteristik auszeichnet. Für einige Anwendungen ist auch gar kein inerter plastifizierender Zusatzstoff notwendig.
Das erfändungsgemässe Puiver weist bei einem fiachen Druckveriauf einen hohen Energieumsetzungsgrad auf, was zu einem hohen innenballistischen Leistungsvermögen führt.
Als Mörsersysteme werden im Allgemeinen Systeme verstanden, die ein relativ kurzes Rohr aufweisen und in relativ steilen Winkeln abgeschossen werden. Es gibt Mörser ab Kaliber 37 mm (leichte Mörser) bis hin zu 240 mm (überschwere Mörser). Die wichtigsten sind dabei die schweren Mörser in den Kalibern 60 - 120 mm. Besonders Im Fokus der Erfindung stehen die Mörser bzw. die entsprechenden Antriebe für Systeme der Kaiiber 60 mm, 81 mm und 120 mm.
Zudem können die erfindungsgemässen Puiver auch als Anzündpulver für Mörseranwendungen verwendet werden, Ein Anzündpulver ist Im Schaft einer Mörsergranate untergebracht und wird dazu benötigt, den Impuls der pyrotechnischen Initialzündung zu verstärken und auf das Antriebspulver in den umgebenden inkrementen {Horse Shoes) zu übertragen. Die Zusammensetzung eines Anzündpulvers ist identisch wie die Zusammensetzung eines Antriebspulvers. Sie können sich jedoch in der Komdimension und In der Komgeometrie unterscheiden,
Sowohl das Antriebspulver als auch das Anzündpulver sind extrudierbare, im Lösungsmitteiprozess herstellbare Schüttpulver, die als Hauptkomponente Nitrocellulose enthalten. Nitrocellulose ist seit über hundert jähren das wichtigste Ausgangsmaterial für die Herstellung von ein- zwei- und dreibasägen Treibiadungspuivern, Sie wird durch Nitrierung von Cellulose (Baumwoii-Linters, Zellstoff) gewonnen, ist in grossen Mengen preisgünstig verfügbar und wird mit einer grossen Spannbreite an verschiedenen chemisch-physikalischen Eigenschaften angeboten. Nitrocellulose variiert z. B, bezüglich des Stickstoffgehaits, Molekulargewichts oder der Viskosität und kann aufgrund dieser Unterschiede zu den verschiedenen homogenen Treibladungspulvertypen verarbeitet werden. Der Energieinhalt von Nitrocellulose wird über den Stickstoffgehalt eingestellt. In einbasigen Rezepturen ist Nitrocellulose der alleinige Energieträger, was bedeute^ dass die Energiedichte von Nitrocellulose im Vergleich zu anderen synthetischen Binderpolymeren relativ hoch ist.
Die vorliegenden Pulver basieren auf Nitrocellulose. Diese weist bevorzugt einen mittleren Stickstoffgehalt von 12,6 - 13.25% auf. Die weiteren in der Kornmatrix enthaltenen Schlüsselkornponenten sind ein kristalliner Energieträger sowie ein anorganischer Mündungsfeuerdämpfer.
Der kristalline Energieträger erhöht den Energieinhalt des Pulvers und wird in einer Konzentration im Bereich von 1 - 30 Gew.~% eingesetzt. Bei diesen Anteilen in einer Basis aus Nitrocellulose wird erreicht, dass die mittleren Abstände zwischen den einzelnen Kristallen des kristallinen Energieträgers ausreichend gross sind, so dass sich die einzelnen Kristalle überwiegend nicht berühren. Dadurch wird erreicht, dass bei Einwirkung externer mechanischer Stimuli der Scbockimpuls nicht von einem Explosivstoff-Kristall an die benachbart liegenden Kristalle weitergegeben werden kann. So wird ein primär einwirkender Schockimpuls nicht multipliziert und über die gesamte Pulvermenge übertragen. Dagegen befinden sich bei höheren Gewiehisanteilen an kristallinem Energieträger die einzelnen Kristalle statistisch betrachtet zu nahe beieinander, wodurch die Verwundbarkeit des Pulvers stark ansteigt.
Der anorganische Mündungsfeuerdämpfer wird in einer Konzentration im Bereich von 0.1 - 10 Gew.-% eingesetzt. Durch die Zugabe eines anorganischen Mündungsfeuerdämpfers wird die Umsetzung unverbrannter Gase wie Wasserstoff oder Kohlenmonoxid im Bereich der Waffenmündung unterdrückt, so dass sich diese nicht oder nur in sehr geringerem Ausmass entzünden. Somit wird das Mündungsfeuer reduziert, was zum einen die Biendwirkung des Feuers für den Schützen reduziert und ausserdem die Ortung des Schützen erschwert. Bevorzugterweise handelt es sich bei dem kristallinen Energieträger auf Nitramin-ßasis um mindestens eine Verbindung aus der Gruppe umfassend Hexogen (RDX) und Oktogen (H X). Diese beiden Verbindungen der allgemeinen Formel R-N-NÖ2 (R »> Rest) haben einen relativ kleinen Rest R, der im Vergleich zum Nitramin-Strukturelement einen kleinen Anteil am GesamtmoieküS darstellt. Dadurch weisen die beiden Verbindungen einen relativ hohen Energiegehait auf.
Bevorzugt wird RDX als kristalliner Energieträger verwendet. Es ist im Vergleich zu HMX günstiger und sicherer in der Herstellung. H X ist teurer als RDX, bietet aber keine besonderen Vorteile. Andere Nitraminverbindungen (wie z, 8. NIGU etc.) haben relati wenig Leistung im Vergleich zu RDX. Zur Stabilisierung können auch an sich bekannte Wirkstoffe wie z. B, Akardit II verwendet werden
Besonders bevorzugt weist die kristalline Nitraminverbindung eine definierte mittlere Korngrösse auf. So wird z. B. RDX bevorzugt mit einer mittleren Korngrösse von 4 - 8 Mikrometer, insbesondere 6 Mikrometer verwendet. Die homogene Partikelgrösse des kristallinen Energieträgers erlaubt es Pulver herzustellen, die relativ konstante chemische und ballistische Eigenschaften aufweisen.
Alternativ zu den Nitraminverbindungen wäre z. B. auch ein Nitratester der allgemeinen Formel R-0-N02 denkbar. Allerdings sind Nitratester irr! Vergleich zu Nitraminverbindungen weniger chemisch stabil. Es ist auch möglich, mindestens eine der folgenden Verbindungen als kristalline Nitraminverbindungen zu verwenden: Hexanitroisowurtzitan (CL-20, CAS~# 14 13-74-7), Nitroguanidin (NIGU, NQ, CAS-# 70-25-7, N-WSetyinitramin (Tetryl, N-Methyl-N^Aö-tetranitrobenzolamin, CAS-# 479-45-8) sowie Nitrotriazoion (NTO, CAS# 932-64-9) und Triaminotrinitrobenzol (TATB, CAS# 3058-38-6). Ali diese energetischen Verbindungen können einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden.
Besonders bevorzugt liegt der Anteil des kristallinen Energieträgers bei 5 - 25 Gew.~%. Insbesondere werden Pulver favorisiert, die kristalline Energieträger in Anteilen von 10 - 20 Gew.-% aufweisen. Bei Gewichtsanteilen unter 25 Gew.-? insbesondere bis 20 Gew,-% sind die einzelnen Kristalle des Energieträgers derart voneinander beabstandet, dass die Verwundbarkeit des Pulvers auf einem sehr tiefen Niveau Hegt. Die Verwendung eines inerten plastifizierenden Zusatzsioffs kann die Verwundbarkeit des Pulvers bei relativ hohen Gewichtsanteii der kristaliinen Ni raminverbindung etwas abschwächen. Es ist dadurch ohne weiteres möglich, hohe Anteile der kristallinen Nitraminverbindung zu verwenden.
Neben seiner Eigenschaft als kristalliner Energieträger hat DX auch gewisse Stabilisierungseigenschaften, die schon ab ca, 1 Gew.~% zum Tragen kommen und mit zunehmen Anteil nur unwesentlich ansteigen.
Bei dem anorganischen Mündungsfeuerdämpfer handelt es sich bevorzugt um mindestens eine Verbindung aus der Gruppe der Alkalisaize wie z. B. aliumnätrat und aiiumsuifat Neben der Minderung des Mündungsfeuers können diese Verbindungen auch den Abbrand beschleunigen und hierdurch die Bildung von Rückständen reduzieren, was den Energieumsetzungsgrad weiter erhöht.
In einer besonderen Äusfühmngsform liegt der anorganische Mündungsfeuerdämpfer in einem Anteil von 0.1 - 5 Gew.-% vor.
Bei dem inerten plastifizierenden Zusatzstoff, der sich an der Oberfläche des Pulverkorns befinden kann, handelt es sich insbesondere um mindestens eine Verbindung aus der Gruppe umfassend Campher, Diaikylphthaiate [bevorzugt Dh{C8-C12)-phthalate oder hydrierte Derivate hiervon) und Dialkyldiphenyiharnstoffe (bevorzugt Dimethyidiphenyiharnstoff, bekannt unter dem Trivialnamen Centralit Ii). Der inerte piastifizierende Zusatzstoff kann auch als Kombination mehrerer Einzeiverbindungen appliziert werden.
Die besonders bevorzugte Verbindung, welche optional auf die Oberfläche des Pulverkorns aufgebracht wird, ist Campher. Zudem ist die Oberfläche des Puiverkorns bevorzugt mit Graphit und Ethanol behandelt.
Die extrudierten Pulverkömer werden bevorzugt einer Oberflächenbehandlung mit Ethanol und Graphit unterzogen. Optional wird die Oberfläche mit einem inerten plastifizierenden Zusatzstoff behandelt. Der inerte plastifizierende Zusatzstoff dringt in die oberfiächertnahen Zonen des Puiverkorns ein und verbleibt dort, d. h. er ist lokalisiert und verteilt sich nicht in der Kornmatrix, Der inerte plastifizierende Zusatzstoff weist eine Eindringtiefe von einigen wenigen 100 Mikrometern auf, z. ß. maximal 4ÖÖ Mikrometer, bevorzugt 100 - 300 Mikrometer. Das bedeutet, dass mindestens 95 Gew.~96 des inerten plastifizierenden Zusatzstoffes bis zu dieser Tiefe enthalten sind.
Das aufgetragene Graphit verbleibt bevorzugt an der Oberfläche des Puiverkorns.
Durch die Oberflächenbehandlung, d, h, durch das Auftragen von Ethanol und Graphit, und gegebenenfalls des inerten plastifizierenden Zusatzstoffs auf die Oberfläche des extrudierten Puiverkorns werden die Eigenschaften des Puiverkorns positiv beeinflusst. So wird ein temperaturneutrales Verhalten und die Schüttdichte (d, h. wie viel Pulver in einem vorgegebenen Containervolumen Platz finden) insbesondere durch eine Oberflächenbehandlung mit Graphit und Ethanol verbessert, Das Druckniveau (d. h. das Verhältnis von Spitzengasdruck zu Mündungsgeschwindigkeit) wird besonders durch die Zugabe des inerten plastifizierenden Zusatzstoffs auf die Oberfläche des extrudierten Puiverkorns verbessert, wodurch jedoch der Temperaturkoeffizient verschlechtert werden kann. Gleichzeitig enthält die Kornmatrix nicht mehr inerte Verbindungen als nötig, und kann dadurch die grösstmögliche Menge an energetischen Verbindungen aufweisen. Durch eine Oberflächenbehandlung mit einer Kombination dieser Substanzen kann ein grösstmöglicher Effekt erzielt werden.
Besonders bevorzugt liegt bei Pulvern für Mörseranwendungen der inerte plastifizierende Zusatzstoff an der Oberfläche des Korns in nicht mehr als 0, 1 Gew,-%, d, h, in 0-0.1 Gew - %, insbesondere in einem Bereich von 0.01-0.1 Gew.~% vor. Gerade bei diesen Mengen des inerten plastifizierenden Zusatzstoffs ist die Änderung der Mündungsgeschwindigkeit und auch der Druckanstieg beim Übergang zu hohen Temperaturen relativ klein. Bei deutlich grösseren Mengen des inerten plastifizierenden Zusatzstoffs nimmt die Möglichkeit ab, ein temperaturneutrales Verhalten zu erzielen,
Vorzugsweise haben die Körner für den Antrieb eine kreiszylindrische Geometrie mit Längskanälen in axialer Richtung. Die Anzahl der Kanäle ist beliebig, häufig weist ein Korn einen Kanal, 7 oder 1 9 Kanäle auf. Ein solches Treibladungspulver, auch Lochpulver genannt, ist infolgedessen schüttbar bzw. rieselfahig, und kann so industriell in Hülsen abgefüllt werden.
Typischerweise weist das Verhältnis von Länge (L) zu Durchmesser (D) des zylindrischen Korns einen Wert L/D = 0.25 - 5 auf. Die Länge des Kreiszylinders liegt z, B. im Bereich von 0.3 - 10 mm und der Durchmesser im Bereich von Ö.3 - 10 mm.
Wird die Erfindung als Mehrlochpulver ausgeführt, so ist eine Geometrie mit einem kleinen Teilkreis und somit einer grösseren äusseren Wandstärke bevorzugt. Das bedeutet, dass die einzelnen Längskanale im Querschniii betrachtet dichter am Zentrum angeordnet sind und insgesamt einen kleineren Teilkreis einnehmen. Bevorzugt bilden z. B. sechs Längskanale in einem 7~Loch~Pu!ver mit einem Gesamt-Durchschnitt von ca. 3,6 mm einen Teilkreis mit einem Durchmesser von ca. 2, 1 mm.
In einer besonderen Ausführungsform weisen die einzelnen Längskanale eines Äntriebspulvers einen Lochdurchmesser von 0.1 - 0,5 mm auf. Werden die erfindungsgemässen Pulver als Änzündpulver verwendet, sind die Komdimensionen typischerweise kleiner als bei der Anwendung für den Antrieb. Zudem haben sie häufig eine kreiszylindrische Geometrie mit einem zentralen Längskanai. Sie weisen z. B einen Aussendurchmesser von 1 .3-1 ,7 mm, eine Länge von 1 .5-2.0 mm, eine mittlere Wandstärke von G.ö~Ö.8 mm und einen Lochdurchmesser von ca. Ö.1 Ö mm auf. Alternativ kann das Material für die Pulver in Form von Streifen vorliegen oder direkt in eine bestimmte, für Rohrwaffen geeignete Form extrudiert werden. In dieser Form ist es besonders für grosskaübrige Munition geeignet. Darunter fallen typischerweise Formen, bei denen die Breite viel kleiner z. B, mindestens 5 Mal oder mindestens 10 Mai) ist als die Länge, und die Dicke ihrerseits viel kleiner ist (z, B. mindestens 5 Mai oder mindestens 10 Mal) ist als die Breite. Typischerweise liegt die Dicke bei z. B. 1-2 mm, die Breite bei z. B. 10 mm oder mehr und die Länge bei z. B„ 1 Gö - 150 mm.) Denkbar sind auch sog. "Formkörper", d.h. hohSzyiindrische Formen für eine Munition, bei welcher die Hüise fehit bzw. durch den hinfer der Anzündung angeordneten "Formkörper" ersetzt ist,
Die Kornmatrix kann ggf. weitere, an sich bekannte Zusätze enthalten. Zur Stabiiitätserhöhung können etwa Natriumhydrogenkarbonat (CÄS~#: 144-55-8), Caiziumkarbonat (CAS-#: 471-34-1 ), agnesiumoxid (CA$-#: 1 309-48-4), Akardit i l (CAS- #: 724-18-5), Centraiit I (CAS-* 90-93-7), Centraiit II (CAS-#: 6 1 1-92-7), 2- Niirodiphenyiamin (CAS-#: 836-30-6) und Diphenylamän (CAS-#: 1 22-39-4) zugegeben werden. Additive wie etwa Kalk, anganoxid, Magnesiumoxid (CAS-#: 1 303-48-4), fvlolybdänirioxid (CAS-#: 1313-27-5), Magnesiumsilikat (GAS-#: 14807-96-6), Caiciumkarbonat (CAS-*: 471-34-1 ), Titandioxid (CAS-#: 1 3463-67-7), olframtrioxid (CAS-#: 1314-35-8) dienen der Rohrschonung, Verbindungen wie Phthalsäureester, Ciironensäureester oder Adipinsäureester sind übiiohe Weichmacher,
Ferner kann das Grünkorn, aiso das an sich noch unbehandeite Pulver, in der Matrix noch weitere bekannte Zusätze, z. B. zur Verbesserung des Änzündverhaltens und zur Modulierung des Äbbrandverhaitens, enthalten.
Ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgernässen Pulvers zeichnet sich dadurch aus, dass ein lösungsrnittelhaltiger Puiverteig auf der Basis von Nitroceilulose und einem kristallinen Energieträger aut Nitramin-Basis in 1 -30 Gew.-% und einem anorganischen Mündungsfeuerdämpfer hergestelit wird. Anschliessend wird aus dem iösungsrnittelhaitigen Puiverteig durch Extrudieren ein Grunkorn hergestellt. Aus diesem Grünkorn wird das Lösungsmittel entfernt, und das Grünkorn wird optional mit einem inerten plastifizierenden Zusatzstoff oberflächenbehandelt. Schliesslich wird das gegebenenfalls oberfiachenbehandeite Grünkorn getrocknet. Ein erfindungsgemässes Pulver, dessen Binder vorwiegend aus Nitroceilulose besteht, und das zusätzlich einen kristallinen Energieträger auf Nitramin-Basis und einen anorganischen Mündungsfeuerdämpfer enthält, kann auf bestehenden Fertigungsaniagen hergestelit werden. Die festen Rezepturkomponenten können z. B, mit einem Lösungsmittel-Gemisch versetzt werden. Der resultierende lösungsmittelfeuchte Knetteig kann in einem Kneter geknetet und danach in einer Presse auf die gewünschte Geometrie extrudiert werden, Die extrudierten Stränge können vorgetrocknet und auf die gewünschte Kornlänge geschnitten werden. Anschliessend kann dem Korn das Lösungsmittel entzogen werden, Das Korn kann dann optional mit einem inerten plastifizierenden Zusatzstoff oberflachenbehandeit werden und/oder einem Finishing unterzogen werden.
Bevorzugt wird das Grünkorn mit Ethanol und Graphit oberflachenbehandeit, d. h. graphitiert. Das Graphitieren kann als einzelner Verfahrensschritt durchgeführt werden. Es ist jedoch auch möglich, Graphit und Ethanol zusammen mit dem inerten plastifizierenden Zusatzstoff auf das Grünkorn aufzutragen, Besonders bevorzugt wird das Lösungsmittel aus dem Grünkom über ein Feuchtluftverfahren entfernt.
Das durch Extrusion erhaltene Grünkom enthält einen anorganischen Mündungsfeuerdämpfer in der ornmatrix. Somit sollte das Grünkom für das Entfernen des Lösungsmitteis aus der Kornmatrix nicht einem Badeprozess unterzogen werden, da dabei sonst der wasserlösliche anorganische Mündungsfeuerdämpfer aus der Kornmatrix ausgewaschen würde.
Das Lösungsmittel, weiches im Hersteilungsprozess verwendet wurde, wird daher mitteis Feuchtluftverfahren entfernt. Dabei wird das iösungsmittelfeuchte Grünkorn während 10 - 60 Stunden mit einem Luftstrom mit Temperaturen zwischen 20 - 70 °C, weicher mit Wasserdampf gesättigt ist, mit hohen Fiussraten von mehreren hundert m3 pro Stunde durchströmt. So wird der Anteil des Lösungsmittels auf <1 % reduziert während der wasserlösliche Mündungsfeuerdämpfer nicht aus der Kornmatrix entfernt wird, sondern dort verbleibt.
Es ist bevorzugt, dass nach dem Trocknen des oberfiächenbehandelten Korns ein Finishing erfolgt. Darunter wird insbesondere das sorgfältige Trocknen und Sieben des oberflächenbehandelten Korns verstanden. Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmaiskombinationen der Erfindung.
Wtsge r Ausführung der Erfindung Während der Grünkornhersteiiung werden dem Puiverteig, der auf Nitrocellulose basiert, verschiedene Zusätze zugegeben, d. h. die Zusätze sind gieichmässig in der Matrix verteilt. Die Gesamtmenge dieser Zusätze mit Ausnahme der kristallinen Nitraminverbindung liegt bei 0-10 Gew -% gegenüber Nitrocellulose, bevorzugt bei 2-7 Gew.~%, Die Gesamtmenge der kristallinen Nitraminverbindung, bei der es sich typischerweise um RDX handelt, liegt bei 0-30 Gew„-% der Menge von Nitrocellulose, bevorzugt bei 0-20 Gew.-%. Die kristalline Nitraminverbindung muss gegebenenfalls zur Verbesserung der Anbindung an die Matrix einer Vorbehandlung unterzogen werden, bevor sie dem Puiverteig zugegeben wird.
Nach dem Kneten des Puiverteigs mit Lösungsmitteln wird das Grünkorn durch eine Matrize extrudiert. Anschliessend werden das Wasser und das Lösungsmittel entfernt, bevorzugt mittels Feuchtlufttrocknung, Das Grünkorn wird einer Oberflächenbehandlung unterzogen, bei der z. B, optional ein inerter plastifizierender Zusatzstoff und bevorzugt weitere Zusatzstoffe wie z, B. Graphit in Anwesenheit von Ethanol aufgebracht werden (Imprägnierung + Coating).
Bess sd 1 - Äsitriabs uiver 1 (FSV! 4651 /21 ) Für die Herstellung von 520 kg eines 7-Loch-Puivers werden 20 Gew.~% RDX, 1.2 Gew -% Akardit-Il und 3,2 Gew -% Kaliumnitrat und Nitrocellulose mit einem Stickstoffgehait von 13.20 Gew.-% (Ergänzung auf 100 Gew,-%) unter Zugabe von Diethylether und Ethanol während 70 min zu einem iösungsrnitteifeuchten Knetteig verarbeitet, Ansehliessen wird der Pulverteig durch eine Matrize mit 7-Lochgeometrie und 5.2 mm Strangquerschnitt gepresst (d. h. extrudiert). Die extrudierten Stränge werden kurz an der Luft vorgetrocknet, auf die gewünschte Länge geschnitten, und das so erhaltene Grünkorn auf feinmaschigen Sieben gieichmässig ausgelegt. Das Grünkorn wird danach während 30 Stunden mit einem wassergesättigten Luftstrom von 200 m;t/n und einer Temperatur von 30 °G und anschliessend während 30 Stunden mit einem Luftstrom 400 m3/h und einer Temperatur von 65 °C durchströmt (Feuchtlufttrocknung). Zu 60 kg des auf 60 °C geheizten Grünkorns werden anschliessend in einer auf 55 °C beheizten Poiiertrommei aus Kupfer 0,05 Gew,-% Graphit und 1 ,2 Liter Ethanoi zugegeben, danach iässt man während 1 Stunde unier ständigem Drehen einwirken. Abschliessend wird das Pulver auf Blechen ausgebreitet und während 24 Stunden bei 60 °C getrocknet.
Das resultierende Arstriebspuiver 1 mit der Bezeichnung FM 4651 /2 1 hat folgende physikalische Eigenschaften: 3.63 mm Aussendurchrnesser, 3,6 1 mm Länge, 0.76 mm mittlere Wandstarke und 0.20 mm Lochdurchmesser, 4251 j/g Wärmeinhait und 1048 g/i Schüttdichte. Chemische Stabilität: Verpuffungstemperatur - 172 °C, Wärmefiusskaiori- metrie nach STÄNAG 4582 = 44 j/g resp. 30.4 \ (Anforderung nach Norm STANAG 4582: maximaie Wärmeentwicklung <1 14 μ .
Beispiel 2 - Arrtrfebspuiver 2 (FM 4650/22)
Ein Puiverteig gemäss Beispiel 1 wird durch eine Matrize mit 7-Lochgeometrie und 4.8 mm Strangquerschnitt gepresst (d. h. exirudiert). Die extrudierten Stränge werden kurz an der Luft vorgetrocknet, auf die gewünschte Länge geschnitten, und das so erhaltene Grünkorn einer Feuchtlufttrocknung (wie in Bsp. 1 beschrieben) unterzogen. Anschliessend werden 60 kg des Grünkorns auf 60 °C vorgeheizt und in eine auf 55 °C beheizte Poiiertrommei aus Kupfer transferiert. Das Grünkorn wird mit 0,05 % Graphit und einer Lösung von 1 Gew.-% Campher in 1 .2 kg Ethanoi versetzt und während 1 Stunde ständig gedreht. Abschliessend wird das Pulver auf Blechen ausgebreitet und während 24 Stunden bei 60 °C getrocknet.
Das resultierende Antriebspulver 2 mit der Bezeichnung FM 4650/22 hat folgende physikalische Eigenschaften: 3.42 mm Aussendurchmesser, 3.45 mm Länge, 0.71 mm mittlere Wandstärke und 0, 19 mm Lochdurchmesser, 41 52 j/g Wärmeinhalt und 1002 g/l Schüttdichte. Chemische Stabilität: Verpuffungstemperatur = 172 °C, ärmeflusskaSori- metrie nach STANAG 4582 » 47 j/g resp. 30.9 μΨΙ (Anforderung nach Norm STÄNAG 4582: maximaie Wärmeentwicklung <1 14 μν¥).
Vergleich der Arstriebspuiver 1 und 2 Vergleich des Druckanstiegs bei hohen Pulvertemperaturen durch Variation der Camphermenge
System: 120 mm Drucklauf mit identischer innenbaiiistischer Charakteristik wie der 120 mm Standardmörser 120 der US-Streitkräfte, insbesondere bezüglich Rohriänge und Mündungsgeometrie. Die Geschossmasse der verwendeten inerten orsergranate betrug 15.5 kg. Die Geschwindigkeitsmessung erfoigte mittels Dopplerradar, die Erfassung des Spitzengasdrucks erfolgte piezoelektroniscb im Bereich der Mündung. Die Resultate der Temperaturbeschüsse der beiden Antriebspuiver mit 0 Gew.-% und 1 Gew -% Campherbeschichtung, durchgeführt bei Pulvertemperaturen von 21 °C und 63 °C, sind in den folgenden Tabellen 1 und 2 zusammengestellt.
Tabelle 1
FM 4651 /21 0 Gew.-% Campher
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Die Resultate in den Tabellen 1 und 2 zeigen, dass der Druckanstieg beim Übergang von 21 °C nach 63 °C bei dem Antriebspuiver 1 (FM 4651 /21 } mit Ö Gew.-% Campher deutlich weniger hoch ausfällt als bei dem Antriebspuiver 2 (FM 4650/22) mit 1 Gew.~% Campher. Dieser Befund ist überraschend und steht im Gegensatz zu den bisherigen Erfahrungen im itieikaSibergebiet, wonach sich der Druckanstieg durch eine Erhöhung der Camphermenge senken lässt.
Beispiel 3 ~ Aritriebspu /er 3 (FM 4714)
Ein Pulverteig gemäss Beispiel 1 wird durch eine Matrize mit 7~Loehgeometrie und 5, 1 mrn Strangquerschnitt extrudiert. Die extrudierten Stränge werden kurz an der Luft vorgetrocknet, auf die gewünschte Länge geschnitten, und das so erhaltene Grünkom einer Feuchtluittrocknung (wie in Bsp. 1 beschrieben) unterzogen, Anschliessend werden 120 kg des Grünkorns auf 60°C vorgeheizt und in eine auf 55 °C beheizte Poiiertromrnel aus Kupfer transferiert. Das Grünkorn wird mit 0.05% Graphit und einer Lösung von 0, 1 Gew,-% Campher in 2.4 kg Ethanol versetzt und während 1 Stunde ständig gedreht. Abschliessend wird das Pulver auf Blechen ausgebreitet und während 24 Stunden bei 60 °C getrocknet.
Das resultierende Antriebspulver 3 mit der Bezeichnung FM 4714 hat folgende physikalische Eigenschaften: 3.58 mm Aussendurchrnesser, 3.59 mm Länge, 0,75 mm mittlere Wandstärke und 0.20 mm Lochdurchmesser, 4269 j/g Wärmeinhalt und 1026 g/l Schüttdichte, Chemische Stabilität: Verpuffungstemperatur = V/2"C. Wärmeflusskalori- met ie nach STANAG 4582 » 50 j/g resp. 32,6 μW (Anforderung nach Norm STA NAG 4582: maximale Wärmeentwicklung <1 14 μ¥ ),
Vergleich des Äritriebspuivers 3 mit einem Ku el üfver Vergleich des Druckanstiegs bei hohen Pulvertemperaturen und der ballistischen Leistungsfähigkeit mit nitroglyzerinhaitigern Vergleichspuiver {Kugelpulver GD St. Marks)
System: 120 mm Drucklauf mit identischer innenhaiiistischer Charakteristik wie der 120 mm Standardmörser 120 der US-Streitkräfte, insbesondere bezüglich Rohrlänge und Mündungsgeometrie, Die Geschossmasse der verwendeten inerten Mörsergranate betrug 1 5, 1 kg. Die Geschwindigkeitsmessung erfolgte mitteis Doppierradar, die Erfassung des Spitzengasdrucks erfolgte piezoelektronisch im Bereich der Mündung. Die Resultate der Temperaturbeschüsse der beiden Puivertypen, durchgeführt bei Pulvertemperaturen von 21 °C und 63 *C, sind in den folgenden Tabellen 3 und 4 zusammengestellt. Tabelle 3
4714 0, 1 Gew,-% Campher
Figure imgf000018_0001
Tabelle 4
Vergleichspulver >10 Gew.~% Nitroglyzerin
Figure imgf000018_0002
Die Ergebnisse in den Tabellen 3 und 4 zeigen, dass bei dem Nitroglyzerin-haltigen Vergieichspulver der Druckanstieg beim Übergang zu 63 °C deutlich höher ist als bei dem Antriebspulver 3 (FM 4714} mit 0.1 Gew.-% Campher, Zudem liegt die Geschwindigkeit des Vergleichspulvers bei 21 °C trotz einer um 28 g höheren Ladungsmasse ca. 25 rn/s tiefer, wodurch die Reichweite empfindlich reduziert wird. Insgesamt zeigen Untersuchungen des Pulvers gemäss Beispiel 3, dass hier ein Pulver mit einer besseren Leistung bei einer geringen Temperaturabhängigkeit vorliegt. Zudem ist die Streuung bei einzelnen Messungen viel geringer als bei den anderen Pulvern, was auf ein sehr homogenes und daher bezüglich seiner Leistungsfähigkeit konstantes Pulver deutet,
Beüspsd 4 - Araürjd ulver 1 (Fivl 4483/2 1 ) Ein Pulverteig gemäss Beispiel 1 wird durch eine Matrize mit 1 -Lochgeometrie und 2.1 mm Strangquerschnitt gepresst (d, h, extrudiert). Die extrudierten Stränge werden kurz an der Luft vorgetrocknet auf die gewünschte Länge geschnitten und das so erhaltene Grünkorn einer Feuchtlufttrocknung (wie in Bsp. 1 beschrieben) unterzogen. Anschliessend werden 20 kg des Grünkorns auf 60 °G vorgeheizt und in eine auf 55 °C beheizte Poiiertrommel aus Kupfer transferiert. Dem Grünkorn werden 0.3 Gew.~% Graphit und 0.3 kg Ethanol zugegeben, danach lässt man während 1 Stunde unter ständigem Drehen einwirken. Abschliessend wird das Puiver auf Blechen ausgebreitet und während 24 Stunden bei 60 °C getrocknet, Das resultierende Anzündpulver 1 mit der Bezeichnung FM 4483/21 hat folgende physikalische Eigenschaften: 1 .47 mm Aussendurchmesser, 1 .75 mm Länge, 0.69 mm mittlere Wandstärke und 0, 0 mm Lochdurchmesser, 4393 J/g Wärmeinhalt und 1001 g/i Schüttdichte, Chemische Stabilität: Verpuff ungstemperatur *° 172 °C. Wärmeflusskalori- metrie nach STANAG 4582 ~ 46 j/g resp, 30.2 μ\Ν (Anforderung nach Norm STÄ AG 4582; maximale Wärmeentwicklung <1 14 μΥ¥).
Beispiel § - Arszüiidpulver 2 (F 4483/22)
Ein Puiverteig gemäss Beispiel 1 wird durch eine Matrize mit 1 -Lochgeometrie und 2. 1 mm Sirangquerschniii gepresst (d. h. extrudiert). Die exirudierten Stränge werden kurz an der Luft vorgetrocknet, auf die gewünschte Länge geschnitten, und das so erhaltene Grünkorn einer Feuchtlufttrocknung (wie in Bsp. 1 beschrieben) unterzogen. Anschliessend werden 20 kg des Grünkorns auf 60 °C vorgeheizt und in eine auf 55 °C beheizte Poliertrommei aus Kupfer transferiert. Das Grünkorn wird mit 0,3 Gew,-% Graphit, 0.5 Gew.~% Campher und 0, 1 5 Kilo Ethanol versetzt, danach lässt man während 1 Stunde unter ständigem Drehen einwirken. Abschliessend wird das Pulver auf Blechen ausgebreitet und während 24 Stunden bei 60 °C getrocknet.
Das resultierende Anzündpulver 2 mit der Bezeichnung FM 4483/22 hat folgende physikalische Eigenschaften: 1 ,47 mm Aussendurehmesser, 1 .75 mm Länge, 0.69 mm mittlere Wandstärke und 0. 10 mm Lochdurchmesser, 4343 j/g Wärmeinhalt und 995 g/i Schüttdichte, Chemische Stabilität: Verpuffungstemperatur » 1 72 CG. ärmeflusskalori- metrie nach STANAG 4582 - 52 j/g resp. 32.4 μνϊ [Anforderung nach Norm STANAG 4582: maximale Wärmeentwicklung <1 14 μν¥).
Vergleich der Arezüridpuäver 1 und 2 mit einem Kugelpuiver Vergleich des Druckanstiegs bei hohen Pulvertemperaturen durch Variation der Camphermenge der Anzündpulver 1 und 2 und Vergleich mit eingeführtem 48 Kugel pul ver,
System: 120 mm Drucklauf mit identischer innenbaiüstischer Charakteristik wie der 120 mm Standardmörser I 20 der US-Streitkräfte, insbesondere bezügiich Rohrlänge und Mündungsgeometrie. Die Geschossmasse der verwendeten inerten örsergranate betrug 14.0 kg. Die Geschwindigkeitsmessung erfolgte mittels Dopplerradar, die Erfassung des Spitzengasdrucks erfolgte piezoeiektronisoh im Bereich der Mündung. Der Versuch wurde mit Ladung 4 durchgeführt, d. h. unter Verwendung von vier VI234- Standardinkrementen. Die Resultate der Temperaiurbeschüsse der beiden Pulver mit Campherbeschichtungen von 0 Gew.- {F 4483/21 ) und 0.5 Gew.-% (FM 4483/22} im Vergleich zum eingeführten 48-Kugeipu!ver in der Standard~M 1 Q2G Änzündpatrone» durchgeführt bei Pulvertemperaturen von 21 °C und 63 °C. sind in den folgenden Tabellen 5, 6 und 7 zusammengestellt. Tabelle 5
FM 4483/21 0 Gew.~% Campher
Figure imgf000020_0001
Figure imgf000020_0002
Tabelle 7 48 ugelpulver
Figure imgf000021_0001
Man erkennt, dass die Anwesenheit von 0.5 Gew.~? Campher im erfindungsmässigen AnzündpuSver 2 den Spitzengasdruck bei 21 °C reduziert was für gewisse Anwendungen vorteilhaft sein kann. Allerdings zeigt das Anzündpuiver 2 mit 0,5 Gew.-% Campher einen höheren Druckanstieg als dasjenige ohne Campher, je nach Anwendung ist somit ein genaues .Abwägen der optimalen Camphermenge vorzunehmen, damit die von der Anwendung vorgegebenen Systemanforderungen bestmöglich erfüllt werden können. Zudem erkennt man, dass beim eingeführten M48-Kuge!pulver bei 21 °C der höchste Gasdruck resultiert. Der Druckanstieg von 21 °C auf 63 °C ist beim eingeführten Kugelpulver M48 mit ea, 2300 psi im Vergleich zu den beiden erfindungsgemässen Anzündpulvern 1 und 2 deutlich höher.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass sich die erfindungsgemässen nitrocelluiosehaiiigen Pulver als Antriebspulver oder Anzündpulver, welche einen kristallinen Energieträger auf Nitramin-Basis und einen anorganischen Mündungsfeuerdampfer enthalten, und geringe Mengen eines inerten piastifizierenden Zusatzstoffs an der Oberfläche aufweisen, zur Beschleunigung von Geschossen für örsersysteme eignen, dabei ein temperaturunabhängiges Verhalten zeigen und somit unabhängig von klimatischen Bedingungen eingesetzt werden können.

Claims

Patentansprüche
1 . Pulver als Antriebspulver oder Änzündpulver zur Beschleunigung von Geschossen für Mörsersysteme, welches auf Nitrocellulose basiert und einen kristallinen Energieträger auf Nitramin-Basis in 1-30 Gew,-% und einen anorganischen Mündungs-
5 feuerdämpfer enthält, wobei das Pulver in Form von Körnern vorliegt, und die Körner an ihrer Oberfläche optional einen inerten plasiifizlerenden Zusatzstoff aufweisen, dadurch gekennzeichnet» dass der anorganische Mündungsfeuerdämpfer in 0. 1-10 Gew ~ und der inerte piastifizierende Zusatzstoff in nicht mehr als 1 Gew.-?* vorliegt,
2. Pulver nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der inerte piastifizierendeQ. Zusatzstoff in 0,01-1 Gew,- vorliegt,
3. Pulver nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem kristallinen Energieträger auf Nitramin-Basis um mindestens eine Verbindung aus der Gruppe umfassend Hexogen (RDX) und Oktogen (HiVIX) handelt.
4. Pulver nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der 5 kristalline Energieträger in 5-25 Gew,-% vorliegt,
5. Pulver nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem anorganischen Mündungsfeuerdämpfer um mindestens eine Verbindung aus der Gruppe umfassend aiiumnitrat und Kaiiumsuifat handelt.
6. Pulver nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der0 anorganische Mündungsfeuerdämpfer in 0.1 -5 Gew.-% vorliegt.
7. Pulver nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem inerten plasiifizierenden Zusatzstoff um mindestens eine Verbindung aus der Gruppe umfassend Campher, Diaikylphthalate und Dialkyldiphenyiharnstoffe handelt.
8. Pulver nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der inerte plastifizierende Zusatzstoff in 0.01-0.1 Gew.-% vorliegt,
9. Pulver nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Körner eine kreiszyiindrische Geometrie und in axialer Richtung verlaufende Längskanäle haben.
10. Verfahren zur Herstellung eines Pulvers ais Antriebspulver oder Änzündpuiver nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass a) ein lösungsmittelhaltiger Pulverteig auf der Basis von Nitrocellulose und einem kristallinen Energieträger auf itramin-Basis in 1-30 Gew.~ , und einem anorganischen Mündungsfeuerdämpfer hergesteilt wird, b) durch Extrudieren des iösungsmitteihaltigen Pulverteigs ein Grünkorn hergestellt wird, c) das Lösungsmittel aus dem Grünkorn entfernt wird, d) das Grünkorn optional mit einem inerten plastifizierenden Zusatzstoff oberf lächenbehandeit wird, und e) das optional oberflächenbehandelte Grünkorn getrocknet wird. 1 1 , Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsmittel aus dem Grünkorn mittels Feuchtluftverfahren entfernt wird,
1 2, Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Trocknen des oberfiächenbehandelten Grünkorns ein Finishing erfolgt.
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